基于故障树的大型配电设施电气故障起因及影响分析方法

杨宜海



基于故障树的大型配电设施电气故障起因及影响分析方法

杨宜海

（深圳市开元国际物业管理有限公司东莞华熙分公司）

针对大型配电设施电气故障起因及影响分析不及时、不充分等问题，提出一种基于故障树的大型配电设施电气故障影响及原因分析方法。首先研究三相电设计不当、变电设施运行故障、滤波电容漏电等原因及故障现象；然后将感知对象分为现象级、可测量级，基于故障树实现大型配电设施电气故障影响及原因分析；最后以大型建筑工程为实例，采用基于故障树的方法，有针对性地提出解决对策，对确保电力设施的安全和高效运转，防止出现用电事故，具有较好的实际应用价值。

故障树；大型配电设施；电气故障

0 引言

随着大型建筑工程蓬勃兴起，大功率电器设施应用日益广泛，给配电设施工程建设提供广阔发展空间的同时，也增加了电气故障发生的概率[1-3]。配电设施作为电力输送管理的重要载体，其电气装置担负着重要的电力能源保障作用，及时妥当的应对措施对阻止由电气故障引起的事故蔓延具有重要作用[4]，而对电气故障采取恰当措施的前提是迅速排查故障起因与影响。故加强配电设施电气故障起因的排查与影响分析，及时提出解决对策，是降低电气故障对电力设施运行和用电安全影响的重要手段[6-7]。本文基于故障树进行故障模式与影响分析，设计配电设施电气故障分析及处理方案。

1 配电设施电气故障原因与影响分析

造成配电设施电气故障主要原因包括三相电设计不当、变电设施运行故障、滤波电容漏电等[8]。

1.1 三相电设计不当

三相电设计不当是造成配电设施电气故障的最重要原因，其显著特征为三相电不均衡，即设计的三相电系数较大超出正常幅值，可能给电气设备造成损害，甚至引起运行故障。故障发生时，存在以下安全隐患：1) 变压设备的出力效果减小，降低变压器寿命；2) 电动机磨损程度加重，减弱电动机的电力承担性能；3)发电机出现不可预见振动和过热情况，出力性能受到损害，影响正常运转；4) 加重输电线路损坏程度，增加老化速度；5) 若保护装置超过电负荷，直接危害电力网络的可靠运转，导致大范围停电。

1.2 变电设施运行故障

初级线圈是变压设施运行故障集中发生的位置。典型初级线圈故障模式为部分部位短路或线圈线路回流中的熔断设施烧坏。一旦烧断熔体，会引起变压设施出现较大的损坏，产生过大的热量，引起铁芯不牢固，运行时出现噪声。

最常见的排查措施就是对变压设备供应的交流电数值进行测量。故障处理办法有：1) 变压设备停止供电，看熔断设施是否出现烧坏的情况；对初级线圈的线路开通系数进行测试；对附属线圈的线路开通系数进行测试；2) 变压设施输送过低的电压，停止附属线圈的电力负荷，对供电电压进行测试，如果低压过大，再测初级线圈交流电供电电压，若达到220 V，说明供电安全，再检测FU1的连接情况，看附属线圈是否出现匝间短路问题，及时更换出现故障的变压设备；3) 变压设施输送过高的电压，是由于变压设备的产品质量不合格，没有电压负荷时比电力负荷过大时承担了更多的电压，施加电力负荷系数导致电压供应水平降低，且初级线圈出现匝间部分位置短路的情况，这时需更换相应地变压设备；4) 出现FU1或FU2烧坏的情况，可通过中断FU1供电的办法，取出FU2烧坏的元件，如果FU1没有出现故障，那么可能是变压设备的电路承载性能出现了问题，若中断FU2供电设施，FU1被烧坏，可以中断附属线圈的供电设施；如果FU1没有断开，可能是部分设备出现了连电的情况；如果FU1又断开了，表明可能出现短路的问题。

1.3 滤波电容漏电故障

若电解电容阻抗值过大，无法发挥电解的功能，将使交流电在直接输送电力过程中加重。若电解电容出现漏电故障，将影响电解滤波性能，增加直流电压，减小供应的电压，交流噪音也会加大，甚至会烧断电阻丝。解决这种故障可考虑：1) 输送二分之一正常供电的电压，可能是二极管阻抗值太大；2) 输送过低电压，可能为VD1或VD2连接不良、承担电压负荷的线路漏电；3) 没有直接输送电压，很可能为电解电容发生短路。

1.4 配电设施电气故障原因故障树

将感知对象分为现象级、可测量级[9]，则根据上述分析，可得到基于故障树的配电设施电气故障影响及原因图，如图1所示。

图1 大型配电设施电气故障树

根据大型配电设施电气故障树可实现大型配电设施电气故障起因及影响分析。

2 大型建筑工程配电设施电气设施的实例

以南方某29层工程建筑项目为例，该工程涵盖了商场、写字楼和高层居民住宅，其中电力需求涉及民用电、商业用电和非民用电3个方面，同时还有电梯设施、动力泵等辅助电力耗电设施。这种大型高层建筑工程项目，通常需要依据电能需求的安全、可靠性能指标设计电力输送供应的规划。

以19层为参照局点，19层以下需要安装设计电梯和居民日常生活所用的水泵。水泵、电梯和消防设施电力供应的电气设备和突发事件照明用电的设置，一般采用双回路电源；而普通的电气设施一般可以通过单回路电源的形式进行电力输送。

19层以上包括19层的建筑，安装消防设施需用的电气设备和应对突发停电事件设置的照明设施，使用双回路电源的电力供应设备，其中消防设施的底部增设了双回路电源智能控制箱或转换开关。

配电设施系统采用三相电，但安装设计时出现不均衡，分别按照27 A、64 A和105 A的电流进行施工，经常出现自动空气断路器或开关自行跳闸的情况。维修技术人员将自动空气断路器或开关的级次系数增加1倍，用NM1—225S/3300 IN160 A的空气自动控制开关换掉DZ10—100/300 IN80 A开关。虽然电气故障问题基本解决，但又接连出现用电故障，并且较以往更加严重，不仅击穿了自动空气控制装置的一级铝排，出现相间的短路情况，还使整个高层建筑工程出现大范围的停电，给高层建筑内的居民、客户和办公人员的工作、生活造成较大影响。最后对现有配电线路和部分用电设施进行调换，重新安装敷设电气线路，更新电气设施，才使电力资源的正常供应。

3 结语

大型配电设施电气故障影响及原因分析是目前配电设施后期运行维护的关键问题。本文采用基于故障树的方法分析配电设施电气故障原因与影响，有效减少电气故障对电力设施造成的影响，降低二次故障发生率，提高电力设施运行的安全性。

[1] 张勇.配电房电气故障分析探讨[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2015(1):207-208.

[2] 杨叶平.配电房的常见故障及处理方法[J].电子科技,2013, 26(5):169-171.

[3] 薛涛,彭启凤,黄国健,等.基于故障树的电梯门系统故障分析[J].自动化与信息工程,2015,36 (6):34-36.

[4] 李煜,刘波峰,谭阳红,等.基于故障树和双向联想记忆神经网络的桥式起重机故障诊断方法[J].自动化与信息工程,2014, 35(5):1-6,12.

[5] 王志平,杨坤,陈光黎.输电线路远程监控与故障预警在线监测控制器研究[J].自动化与信息工程,2014, 35(3):32-36.

[6] 谷凯凯,郭江.紧致融合模糊集和故障树的变压器故障诊断[J].高电压技术,2014,40(5):1507-1513.

[7] 周宁,马建伟,胡博,等.基于故障树分析的电力变压器可靠性跟踪方法[J].电力系统保护与控制,2012,40(19):72-77.

[8] 徐丙凤,黄志球,胡军,等.一种状态事件故障树的定量分析方法[J].电子学报,2013,41(8):1480-1486.

Causes and Effects Analysis of Electrical Faults in Large Distribution Facilities Based on Fault Tree

Yang Yihai

(Shenzhen Kaiyuan International Property Management Company Dongguan Huaxi Branch)

Focusing on the problem that the causes and effects analysis of electrical faults in large distribution facilities is not timely and inadequate, a method of causes and effects analysis for large-scale power distribution facilities based on fault tree was presented. Firstly the causes and performances of three-phase electrical design inappropriate, substation operation fault, and filter capacitor leakage fault were studied. Then the sensing objects are classified into the phenomenological and measurable levels, and the influence of the electrical faults of the large-scale power distribution facilities is analyzed based on the fault tree. Finally, a large-scale construction project is taken as an example, and a solution method based on fault tree is put forward to solve the problem. It has a good practical value to ensure the safe and efficient operation of power facilities and to prevent the occurrence of electricity accidents.

Fault Tree; Large power Distribution Facility; Electrical Fault

杨宜海，男，1961年生，大专，主要从事配电安全维护等工作。